心跳錶的奧秘

上星期跟 BJ 去騎車, 聊到他新買的 SIGMA PC15 心跳錶, 發現他的心跳表發射器可以讓我的接收器動作, 因此我們推測這些心跳錶的發射器應該有共通的 RF 標準.
RF 系統的兩個關鍵是: 頻率和調變方式. 頻率很好辦, 把東西帶到 shielding chamber 裡用頻譜分析儀來掃一定找得到.
於是我就把心跳錶帶到公司的 shielding chamber, 用 R&S 的 FSIQ 來掃. FSIQ 可以從 20Hz 掃到 26.5GHz, RBW 可以到 1Hz, noise floor 可以到 -150dBm, 算是非常強的 signal analyzer.

會是什麼頻率呢 ? 我先從 2.4GHz 試起. 沒有. 也許我太高估它了, 這麼便宜又簡單的系統應該不是用 2.4GHz.
再試其它的 ISM band: 916MHz, 沒有. 430MHz, 沒有. 再低一點, 49MHz, 沒有. 無線鍵盤跟滑鼠的頻率, 27MHz, 也沒有. 真是見鬼了… 明明看到放在旁邊的接收器指示有收到訊號, 可是頻譜上就是無聲無息.
上網路查查看這些做心跳錶的公司網站, 會不會給一些線索. 結果給我在 Polar 的這個網頁上看到一句話:
Transmission frequency: 5kHz
5KHz ? 5KHz ? 比 AM 廣播的頻率還低… 我知道為什麼頻譜掃不到東西了, 因為我沒有用對天線.
我之前在掃的時候用的是量 EMI/EMC 那些長得像探棒跟甜圈圈的天線, 那種天線的響應大概到 10MHz 就不太行了. 5KHz 這麼低的頻率, RF 的能量絕大多數是以磁場的方式存在, 所以我得用對磁場有反應的天線. 如果要用電場感應, 一個波長是:
3*10^8 (m) /5000 = 60000 (m), 差不多是… 60 公里.
我找了 OK 線, 把它繞在心跳錶的發射器上, 像這樣:

再把兩端接到 FSIQ 上. 從 1KHz 掃到 10KHz, RBW 設 20Hz. 果然給我抓到東西了:

在 5KHz 附近果然有一個 peak. 繞線式的磁感應天線很容易有諧波, 所以頻譜上還出現了其它的頻率.
接下來用示波器看看吧. 用示波器的探棒直接去量 OK 線兩端的電壓, 果然可以量到差不多三四十 mV 的訊號:

把它放大一點來看:

用示波器的 cursor 去量, 兩個波峰之間差不多是 200uS, 正好就是 5KHz.
最後來一張心跳錶跟 FSIQ 的合照.

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我大概算了一下, 5KHz 的訊號可以很容易用一個 LC 諧振電路來接收, 只要把 LC 的並聯諧振頻率調到 5KHz 就好 (可能要用個蠻大的電感, 也許可以自己用磁棒來繞). 可以收的話, 就可以自己做接收器跟 logger 了.